Quelle est la différence entre le perçage, l'alésage, le brochage et l'alésage ?

Le trou est une surface importante sur les pièces de type boîtier, équerre, douille, bague et disque, et c'est aussi une surface souvent rencontrée en usinage.

Dans le cas de mêmes exigences de précision d'usinage et de rugosité de surface, l'usinage des trous est plus difficile que celui de la surface extérieure, la productivité est faible et le coût est élevé.

Comparé à l'usinage des surfaces extérieures, les conditions d'usinage des trous sont bien plus difficiles, et l'usinage d'un trou est plus complexe que celui d'un diamètre extérieur.

En effet :

1）La taille de l'outil utilisé pour le perçage est limitée par la taille du trou à réaliser, et la rigidité est faible, ce qui favorise la déformation par flexion et les vibrations.

2）Lors de l'usinage de trous avec des outils coupants de dimensions fixes, la cote d'usinage des trous dépend souvent directement de la dimension correspondante des outils coupants.

L'erreur de fabrication et l'usure des outils coupants affectent directement la précision d'usinage des trous.

Lors de l'usinage de trous, la zone de coupe se trouve à l'intérieur de la pièce, l'évacuation des copeaux et la dissipation de la chaleur sont mauvaises, et la précision d'usinage ainsi que la qualité de surface sont difficiles à maîtriser.

Les méthodes courantes d'usinage des trous comprennent le perçage, l'alésage, le brochage, le rodage, la rectification et la finition des trous.

Ci-dessous, je vais présenter plusieurs techniques d'usinage des trous et leurs différences en détail afin de résoudre les problèmes d'usinage des trous.

Qu'est-ce que le perçage ?

Le perçage est la première opération d'usinage de trous dans un matériau plein, et le diamètre des trous percés est généralement inférieur à 80 mm.

Il existe deux modes de perçage : l'un par rotation du foret, l'autre par rotation de la pièce.

Les erreurs produites par les deux méthodes de perçage ci-dessus ne sont pas les mêmes.

Dans la méthode de perçage avec rotation du foret, lorsque le foret fléchit en raison de l'asymétrie de l'arête de coupe et d'une rigidité insuffisante du foret, l'axe du trou usiné sera dévié ou décalé. Pas droit, mais l'alésage reste inchangé ;

Au contraire, en mode perçage avec rotation de la pièce, la déviation du foret modifie le diamètre du trou, mais l'axe du trou reste droit.

Outils de perçage couramment utilisés : foret hélicoïdal, foret à centrer, foret à trou profond, etc. Le plus utilisé est le foret hélicoïdal, dont le diamètre est de ψ0,1~ψ0,8 mm.

En raison des limitations de la structure, la rigidité en flexion et la rigidité en torsion du foret sont faibles, ce qui, ajouté à un mauvais centrage, limite la précision de perçage, généralement comprise entre IT13 et IT11 ;

La rugosité de surface est également importante, le Ra est généralement de 50 à 12,5 μm, mais la vitesse de coupe du perçage est élevée et l'efficacité de coupe est importante.

Le perçage sert principalement à réaliser des trous à faible exigence de qualité, comme les trous de boulons, les trous taraudés borgnes et les trous d'huile.

Pour les trous exigeant une grande précision d'usinage et un bon état de surface, il faut les réaliser par brochage, alésage de finition, alésage ou rectification lors des opérations suivantes.

Processus de forage

1. Traçage : Avant de percer, il faut se familiariser avec les exigences du plan. Selon la position et les dimensions du perçage, utilisez une jauge de hauteur pour tracer la ligne médiane en croix de la position du trou. La ligne médiane doit être nette et précise, et la plus fine possible. Une fois la ligne tracée, utilisez un pied à coulisse ou une règle en acier pour la contrôler.
2. Pour tracer un carré ou un cercle de test : Une fois la ligne tracée et le contrôle passé, une grille de contrôle ou un cercle de contrôle ayant pour centre de symétrie l’axe du trou doit être tracé comme ligne de contrôle lors du perçage d’essai, afin de pouvoir vérifier et corriger la position de perçage pendant le perçage.
3. Poinçon de frappe : Après avoir tracé la grille de contrôle ou le cercle de contrôle correspondant, le pointage doit être effectué avec soin. Faites d'abord un petit point, et observez dans différentes directions de l'axe du croisillon pour voir si le pointeau se trouve à l'intersection de l'axe du croisillon. Enfin, le pointeau est décalé vers la droite pour tracer un cercle et l'agrandir, afin que le foret puisse être centré avec précision.
4. Serrage : Nettoyer la table de la machine, la surface du montage, la référence de la pièce, le bridage de la pièce ; les exigences de bridage doivent être planes, fermes, faciles à observer et à mesurer. Il convient de prêter attention à la méthode de bridage de la pièce pour éviter sa déformation due au serrage.
5. Alésage d'essai : Avant de percer, nous devons d'abord faire un essai de perçage : aligner l'arête horizontale du foret avec le centre de l'échantillon de trou pour percer un trou peu profond, puis vérifier visuellement si la position de ce trou est correcte, et corriger en continu l'écart pour que le trou peu profond et le cercle de contrôle soient coaxiaux. Si l'écart est faible, la pièce peut être poussée dans la direction opposée à l'écart par une force appliquée en même temps que le perçage, pour une correction progressive.
6. Forage : Le perçage d'ajustage s'effectue principalement par avance manuelle. Lorsque le perçage d'essai atteint la précision requise pour la position du trou, le perçage peut être réalisé. En avance manuelle, la force d'avance ne doit pas plier le foret, afin de ne pas incliner l'axe du trou.
7. Lors du perçage, il convient de choisir entre la rotation du foret ou la rotation de la pièce selon la matière et les exigences d'usinage de l'outil. Le choix de la méthode de perçage pour usiner la pièce est déterminant.

Qu'est-ce que le brochage ?

Le brochage consiste à utiliser un foret de brochage pour retravailler un trou déjà percé, coulé ou forgé, afin d'en augmenter le diamètre et d'améliorer la qualité d'usinage du trou.

Le brochage peut être utilisé soit comme pré-usinage avant la finition des alésages, soit comme usinage final d'alésages à faibles exigences.

Le foret à aléser est similaire au foret hélicoïdal, mais il comporte davantage de dents et pas de pointe de centrage.

Par rapport au perçage, le brochage présente les caractéristiques suivantes :

(1) 3~8 dents supplémentaires pour le foret d'alésage, avec un bon guidage et une coupe relativement stable.

(2) L'outil de brochage n'a pas d'arête de coupe transversale et les conditions de coupe sont bonnes.

(3) La surépaisseur d’usinage est faible, la tolérance de copeau peut être réduite, le noyau du foret peut être plus épais, et la résistance et la rigidité du corps de l’outil sont meilleures.

La précision du brochage est généralement de IT11~IT10 et la rugosité de surface Ra de 12,5~6,3. Le brochage est souvent utilisé pour usiner des trous d'un diamètre inférieur à ψ100 mm.

Lors du perçage d'un trou de plus grand diamètre (D ≥30 mm), on procède souvent à un pré-perçage avec un petit foret (0,5~0,7 fois le diamètre du trou), puis à un alésage avec un foret aléseur de la taille correspondante, afin d'améliorer la qualité d'usinage et l'efficacité de production du trou.

De plus, le brochage peut être réalisé avec des trous cylindriques, mais aussi avec divers forets à brocher de forme spéciale (aussi appelés forets à chanfreiner) pour usiner différents trous de siège de chanfrein et faces planes.

Les avant-trous côté face ont souvent des colonnes de guidage et sont guidés par des trous usinés.

Qu'est-ce que l'alésage ?

L'alésage de finition est l'une des méthodes de finition des trous, largement utilisée en production.

Pour les petits trous, comparé à la rectification intérieure et à l'alésage de précision, l'alésage est une méthode d'usinage plus économique et plus pratique.

1. Alésoir

L'alésoir se divise généralement en alésoir à main et alésoir à machine. La poignée de l'alésoir à main est droite, la partie travaillante est plus longue et le guidage est meilleur.

L'alésoir à main se décline en deux structures : monobloc et à diamètre extérieur réglable. L'alésoir à machine se décline en deux types de structure, l'un avec un manche et l'autre avec une douille.

L'alésoir permet non seulement d'usiner des trous circulaires, mais aussi des trous coniques avec un alésoir conique.

2. Processus d'alésage et application

La surépaisseur d'alésage a une grande influence sur la qualité de l'alésage ; si la surépaisseur est trop importante, la charge sur l'alésoir est élevée, l'arête de coupe s'émousse rapidement, il n'est pas facile d'obtenir une surface usinée lisse et la tolérance dimensionnelle n'est pas facile à garantir ;

La marge est trop faible pour éliminer les marques d'outil laissées par le procédé et, naturellement, elle n'a aucun rôle dans l'amélioration de la qualité du perçage.

Le jeu général pour charnière grossière est de 0,35~0,15 mm, et pour charnière fine de 0,15~0,05 mm.

Pour éviter une arête rapportée, l'alésage est généralement réalisé à une vitesse de coupe plus faible (v < 8 m/min pour l'usinage de l'acier et de la fonte avec un alésoir en acier rapide).

La valeur de l'avance est liée à l'ouverture usinée. Plus l'ouverture est grande, plus la valeur d'avance est élevée.

Lorsque l'alésoir HSS usine de l'acier et de la fonte, l'avance est généralement prise entre 0,3 et 1 mm/tr.

L'alésage doit être refroidi, lubrifié et nettoyé avec un fluide de coupe adapté pour éviter les bourrelets et évacuer les copeaux à temps. Comparé à la rectification et à l'alésage, le rendement de l'alésage est élevé et la précision du trou facile à garantir ;

Mais l'alésage ne peut pas corriger l'erreur de position de l'axe du trou, la précision de position du trou doit être garantie par l'opération précédente.

L'alésage n'est pas adapté à l'usinage des trous étagés et des trous borgnes.

La précision dimensionnelle de l'alésage est généralement de IT9 à IT7, et la rugosité de surface Ra est généralement comprise entre 3,2 et 0,8.

Pour les trous de taille moyenne à exigences de précision élevées (comme les trous de précision IT7), le procédé perçage–alésage–alésage de finition est un procédé typique couramment utilisé en production.

Qu'est-ce que l'alésage ?

L'alésage est une méthode d'usinage qui agrandit un trou préfabriqué à l'aide d'un outil de coupe. L'alésage peut être réalisé sur une aléseuse ou sur un tour.

Méthodes d'alésage

Il existe trois méthodes d'usinage différentes pour l'alésage de trous.

1. La rotation de la pièce et l'avance de l'outil sur le tour relèvent principalement de ce type d'alésage.
2. Les caractéristiques du procédé sont les suivantes : l'axe du trou après usinage est confondu avec l'axe de rotation de la pièce. La circularité du trou dépend principalement de la précision de rotation de la broche de la machine-outil.
3. L'erreur de forme géométrique axiale de l'alésage dépend principalement de la précision de position de la direction d'avance de l'outil par rapport à l'axe de rotation de la pièce.
4. Cette méthode d'alésage convient à l'usinage de trous avec des exigences de coaxialité sur la surface circulaire extérieure.
5. Lorsque l'outil tourne, la pièce effectue un mouvement d'avance ; la broche de l'aléseuse entraîne l'outil d'alésage en rotation et la table entraîne la pièce en mouvement d'avance.
6. L'outil tourne et exécute un mouvement d'avance. Avec cette méthode d'alésage, la longueur en porte-à-faux de la barre d'alésage varie, et sa déformation également.
7. Le trou près de la poupée fixe est grand, et le trou est éloigné de la poupée fixe.
8. Le diamètre de perçage est petit, formant un trou conique. De plus, la longueur en porte-à-faux de la barre d'alésage augmente, la déformation par flexion de la broche sous son propre poids s'accentue, et l'axe du trou usiné se courbe en conséquence. Ce type d'alésage ne convient qu'à l'usinage de trous courts.

a) Révolution de la pièce b) Alésage par avance de l'outil

1—Barre d'alésage 2—Outil d'alésage 3—Pièce 4—Établi 5—Broche

Aléseuse de précision

Par rapport à l'alésage général, l'alésage au diamant se caractérise par une faible quantité de coupe arrière, une avance réduite et une vitesse de coupe élevée.

Il permet d'obtenir une grande précision d'usinage (IT7～IT6) et un état de surface très lisse (Ra de 0,4～0,05).

L'alésage au diamant était à l'origine réalisé avec des outils d'alésage diamantés, et il est aujourd'hui généralement réalisé avec des outils en carbure cémenté, en CBN et en diamant synthétique. Principalement utilisé pour l'usinage de pièces en métaux non ferreux, il peut aussi servir pour l'usinage de pièces en fonte et en acier.

Les paramètres de coupe couramment utilisés pour l'alésage au diamant sont : pré-alésage de 0,2 à 0,6 mm, et alésage final de 0,1 mm ;

L'avance est de 0,01~0,14 mm/tr ; la vitesse de coupe est de 100~250 m/min pour l'usinage de la fonte, de 150~300 m/min pour l'usinage de l'acier et de 300~2000 m/min pour l'usinage des métaux non ferreux.

Pour que l'alésage au diamant atteigne une précision d'usinage et une qualité de surface élevées, la machine-outil (aléseuse à diamant) doit présenter une précision géométrique et une rigidité supérieures.

La broche de la machine-outil repose généralement sur des roulements à billes à contact oblique de précision ou des paliers hydrostatiques, et les pièces tournant à grande vitesse doivent être équilibrées avec précision.

De plus, le mouvement du mécanisme d’avance doit être très stable pour que la table puisse effectuer un mouvement d’avance régulier à basse vitesse.

L'outil d'alésage

Les outils d'alésage se divisent en outils d'alésage à un tranchant et outils d'alésage à deux tranchants.

Caractéristiques du procédé et domaine d'application de l'alésage

Par rapport au procédé perçage-brochage-alésage, le diamètre de l'alésage n'est pas limité par la taille de l'outil, et l'alésage présente une forte capacité de correction des erreurs.

L'écart de l'axe du trou d'origine peut être corrigé par plusieurs passes, ce qui permet à la surface d'alésage et de positionnement de conserver une grande précision de position.

Par rapport à l'extérieur en tournage, le système d'alésage présente une rigidité plus faible, une déformation importante, de mauvaises conditions de dissipation thermique et d'évacuation des copeaux, et la déformation thermique de la pièce et de l'outil est relativement importante.

La qualité d'usinage et l'efficacité de production de l'alésage ne sont pas aussi élevées que celles du tournage extérieur. En résumé, la plage d'usinage de l'alésage est large, ce qui permet d'usiner des trous de différentes tailles et de différents niveaux de précision.

Pour les trous et les trous de plus grand diamètre avec des exigences de précision de taille et de position plus élevées, l'alésage est presque le seul procédé de traitement.

La précision d'usinage de l'alésage est de IT9 ~ IT7, et la rugosité de surface Ra est faible. L'alésage peut être réalisé sur des machines-outils telles que des aléseuses, des tours, des fraiseuses, etc.

Il présente les avantages de la mobilité et de la souplesse et est largement utilisé en production. En grande série, la matrice d'alésage est souvent utilisée pour améliorer l'efficacité de l'alésage.

Qu'est-ce qu'un alésage rectifié ?

Principe du honing et tête de honing

Le honing est une méthode qui utilise une tête de honing avec une pierre abrasive pour lisser l'alésage.

Lors du rodage, la pièce est fixée, et la tête de rodage tourne et se déplace en ligne droite alternative, entraînée par la broche de la machine-outil.

Lors du rodage, la pierre agit sur la surface de la pièce avec une certaine pression pour enlever une très fine couche de matière, et la trajectoire de coupe forme un croisillon.

Pour éviter que la trajectoire des grains abrasifs ne se répète, le nombre de tours par minute du mouvement rotatif de la tête de rodage et le nombre de courses alternatives par minute de la tête de rodage doivent être premiers entre eux.

L'angle d'intersection θ de la trace de honing est lié à la vitesse de va-et-vient υa et à la vitesse circonférentielle υc de la tête de honing.

La taille de l'angle θ affecte la qualité et l'efficacité du rodage. Généralement, on choisit θ=40~60° pour le rodage d'ébauche.

Pour évacuer les particules abrasives usées et les copeaux, réduire la température de coupe et améliorer la qualité d'usinage, il convient d'utiliser un fluide de coupe en quantité suffisante lors du rodage.

Pour que toute la paroi soit usinée uniformément, la course de la barre de rodage doit dépasser d'une certaine quantité aux deux extrémités du trou.

Pour garantir une surépaisseur de rodage uniforme et réduire l'influence de l'erreur de rotation de la broche de la machine-outil sur la précision d'usinage, la plupart des têtes de rodage et des broches de machine-outil sont reliées par des liaisons flottantes.

Le réglage de l'expansion et de la contraction radiales de la tige de rectification de la tête de honage présente diverses structures : manuelle, pneumatique et hydraulique.

Caractéristiques du procédé et domaine d'application du rodage

1. Le honing permet d'obtenir une grande précision dimensionnelle et de forme, avec une précision d'usinage de IT7~IT6. Les erreurs de circularité et de cylindricité de l'alésage peuvent être maîtrisées dans une plage spécifique, mais le honing ne peut pas améliorer la précision de position de l'alésage usiné.
2. Le rodage permet d'obtenir une grande qualité de surface, avec une rugosité Ra de 0,2~0,025 μm, et la profondeur de la couche déformée du métal en surface est extrêmement faible (2,5~25 μm).
3. Comparée à la vitesse de rectification, la vitesse circonférentielle de la tête de honage n'est pas élevée (vc=16~60m/min), mais en raison de la grande surface de contact entre la pierre et la pièce, la vitesse de va-et-vient est relativement élevée (va=8~20m/min), le honage conserve donc une productivité plus élevée.
4. Le rodage est largement utilisé dans l'usinage de trous de précision dans les alésages de cylindres de moteur et divers dispositifs hydrauliques en grande série et peut usiner des trous profonds avec un rapport longueur-diamètre supérieur à 10.
5. Mais le rodage ne convient pas à l'usinage des trous sur une pièce en métal non ferreux à forte plasticité, et il ne permet pas non plus d'usiner les trous avec clavetage, cannelures, etc.

Principe du rodage

a) mouvement de construction b) Schéma de déploiement de la trajectoire de meulage de la barre de sable c) Vitesse résultante

Qu'est-ce qu'un trou de dépouille ?

1. Brochage et outil de brochage

Le brochage est une méthode de finition à haute productivité, réalisée sur une brocheuse avec une broche spéciale. Les brocheuses se divisent en deux types :

Les machines à brocher horizontales et les machines à brocher verticales. Les machines à brocher horizontales sont les plus courantes.

Lors du brochage, la broche n'effectue qu'un mouvement linéaire à faible vitesse (mouvement principal). Le nombre de dents de la broche travaillant simultanément ne doit pas être inférieur à 3, sinon le brochage n'est pas régulier et il est facile de produire des ondulations circulaires à la surface de la pièce.

Pour éviter que la broche ne casse sous un effort de brochage excessif, le nombre de dents en travail simultanément ne doit généralement pas dépasser 6 à 8 pendant le fonctionnement de la broche.

Il existe trois méthodes de brochage différentes, décrites ci-après :

1) Échelonnement par couches

La caractéristique de ce mode de brochage est que la broche enlève la surépaisseur d'usinage de la pièce couche par couche.

Pour faciliter le fractionnement des copeaux, les dents de la fraise sont rectifiées avec des gorges brise-copeaux entrecroisées.

Les broches conçues selon la méthode de brochage par couches sont appelées broches ordinaires.

Échelonnage en couches

a) Dessiner des graphiques de trous b) Profil de dent de pièce de coupe c) Coupes

2) Saut d'échelon

La caractéristique de cette méthode de brochage est que chaque couche de métal sur la surface usinée est coupée par un ensemble de dents de coupe (généralement composé de 2-3 dents de coupe) de même taille que les dents de coupe entrelacées.

Chaque dent n'enlève qu'une partie d'une couche de métal. La broche conçue par brochage par blocs est appelée broche rotative.

3) Brochage intégré

Ainsi, les avantages du brochage par couches et du brochage en bloc sont concentrés.

Le brochage par blocs est utilisé pour l'ébauche des engrenages, et le brochage par couches pour la finition. Ainsi, la longueur de broche peut être raccourcie, la productivité améliorée et une meilleure qualité de surface obtenue.

Une broche conçue selon la méthode de brochage globale est appelée broche globale.

2. Caractéristiques du procédé et domaine d'application du détourage

1) Une broche est un outil à arêtes multiples, qui peut réaliser successivement l'ébauche, la finition et le lissage de l'alésage en une seule passe de brochage, avec une grande efficacité de production.

2) La précision du brochage dépend principalement de la précision de la broche. Dans des conditions normales, la précision du brochage peut atteindre IT9~IT7, et la rugosité de surface Ra peut atteindre 6,3~1,6 μm.

3) Lors du brochage, la pièce est positionnée par l'alésage usiné lui-même (la partie avant de la broche est l'élément de positionnement de la pièce), et il est difficile de garantir la précision de position mutuelle entre l'alésage et les autres surfaces lors du tirage de la broche ;

Ces surfaces circulaires intérieures et extérieures, avec des exigences de coaxialité des pièces tournantes de l'usinage, sont souvent le premier alésage, puis cet alésage sert de référence de positionnement pour l'usinage des autres surfaces.

4) La broche permet non seulement d'usiner des trous ronds, mais aussi des trous profilés et des trous cannelés.

5) Le brochage utilise un outil de taille fixe aux formes complexes et au prix élevé, qui ne convient pas à l'usinage de grands trous.

Le brochage est couramment utilisé en grande série pour usiner des alésages de ø 10 à 80 mm, avec une profondeur de trou ne dépassant pas 5 fois le diamètre de l'alésage, sur des pièces de petite et moyenne taille traversées.

Différences entre perçage, alésage, brochage, alésage de finition et honing

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